第五章 检测电路设计及信号调理(附一).ppt

test measurement technolgy 第五章 检测电路设计 5.1信号调理电路 5.2信号变换技术 5.3噪声及干扰抑制技术 5.1信号调理电路 5.2 信号变换技术 4.2 调制与解调 调制是指利用某种信号来控制或改变普通为高频振荡信号的某个参数（幅值、频率或相位）的过程。 当被控制的量是高频振荡信号的幅值时，称为幅值调制或调幅； 当被控制的量为高频振荡信号的频率时，称为频率调制或调频； 当被控制的量为高频振荡信号的相位时，则称为相位调制或调相。 将控制高频振荡的低频信号称调制波，载送低频信号的高频振荡信号称为载波，而将经过调制过程所得的高频振荡波称已调制波。 从时域上讲，调制过程即是使载波的某一参量随调制波的变化而变化，而在频域上，调制过程则是一个移频的过程。 解调则是从已调制波信号中恢复出原有低频调制信号的过程。 调制与解调(MODEM)是一对信号变换过程,在工程上常常结合在一起使用。 幅值调制 原理： 设x(t)为被测信号，y(t)为高频载波信号，若选择余弦信号：y(t)=cos2πf0t，则已调制信号xm(t)为x(t)与y(t)的乘积： xm(t)=x(t) cos2πf0t。由傅里叶变换性质知： 则有 调幅的过程在频域上就相当于一个移频的过程。 调制信号为正弦信号 设调制信号为x(t)=ASsinωSt， 载波信号为y(t)=ACsinωCt, 则经调制后的已调制波为 采用三角积化和差公式： 将上式应用于公式（4.26）得 已调制波信号的频谱是一个离散谱，仅仅位于频率ωc -ωs和ωc +ωs处，即以载波信号ωc为中心，以调制信号ωs为间隔的左右两频率（边频）处。其幅值大小则等于As与Ac乘积之半。 幅值调制装置实质上是一个乘法器，经常采用电桥来作调制装置，其中以高频振荡电源供给电桥作为装置的载波信号，则电桥输出ey便为调幅波。 图例中电桥的电压为5V，频率为3000Hz。若测量的应变量其频率变化比如为0～10Hz，电桥输出信号的频谱在2990和3010Hz之间。 幅值调制的解调 同步解调法 原理： 将调幅波再经一乘法器与原载波信号相乘，则调幅波的频谱在频域上将再次被进行移频。由于载波信号的频率仍为f0，因此，再次移频的结果是使原信号的频谱图形出现在0和的2f0频率处。由于在解调过程中所乘的信号与调制时的载波信号具有相同的频率与相位，因此这一解调的方法称为同步解调。时域分析上有： 整流检波 原理： 对调制信号偏置一个直流分量A，使偏置后的信号具有正电压值。对该信号作调幅后得到的已调制波xm(t)的包络线将具有原信号形状。对该调幅波xm(t)作简单的整流（全波或半波整流）和滤波便可恢复原调制信号。 相敏解调 原理：相敏解调或相敏检波能用来鉴别调制信号的极性，利用交变信号在过零位时其正、负极性发生突变，使调幅波相位与载波信号相比较也相应地产生180°相位跳变，从而既能反映原信号的幅值又能反映其相位。 相敏解调器解调的波形转换过程： 当调制信号R(t)为正时(图4.22(c)中的0~t1时间内)，检波器相应输出为ey1。从图4.21(a)和(b)中可以看到，无论在0~π或π~2π时间里，电流if流过负载Rf的方向不变，即此时输出电压ey1为正值。 当R(t)=0时（图4.22(b)中的t1点），负载电阻Rf两端电位差为零，因此无电流流过Rf，此时输出电压ey1=0。 当调制信号R(t)为负时(图4.22(b)中的t1～t2段)，调幅波ey相对于载波e0的极性正好相差180°，此时从图4.21(c)和(d)中可看到，电流流过Rf的方向与前相反，即此时输出电压ey1为负值。 分析： 通过相敏检波可得到一个幅值和极性均随调制信号的幅值与极性改变的信号，它真正地重现了原被测信号。 在电路设计时应注意的是，变压器B副边的输出电压应大于变压器A副边的输出电压。 相敏检波的应用：动态应变仪。 4.3 滤波 一、概述 二、滤波器的一般特性 三、滤波器类型介绍 四、滤波器综合运用 五、其它种类的滤波 一、概述 滤波：选取信号中感兴趣的成分，而抑制或衰减掉其它不需要的成分。 滤波器：能实施滤波功能的装置。 滤波方式的分类： 对输入量滤波（简称输入滤波）； 对输出量滤波（简称输出滤波）。 系统的输入—输出关系 期望输入iD:仪器专门意图要测量的物理量； 干扰输入iL:仪器无意中所敏感的物理量； 修正输入iM:对期望输入和干扰输入的输入——输出关系产生一种改变的量。 不同滤波种类举例（一） 不同滤波种类举例（二） 不同滤波种类举例（三） 根据其选频的